Анализ и классификация анионов

Анализ и классификация катионов

Для определения катионов разработаны и применяются на практике такие классификации, как: сероводородная (сульфидная); кислотно-основная; гидроксидно-пероксидная; фосфатно-аммиачная и др. Под аналитической классификацией катионов понимают выделение в осадок небольших групп ионов из смеси путем последовательного воздействия системы групповых реагентов.

В основе любой классификации лежит принцип сходства химических свойств элементов: способность ряда ионов образовывать малорастворимые соединения (осадки). В качестве реагентов подбираются вещества, которые в минимальной степени в дальнейшем будут влиять на ход определения, либо легко могут быть удалены. В первую очередь это кислоты, гидроксиды и соли аммония.

Сероводородная классификация одна из самых простых по структуре (таблица 2.1), однако ее применение в настоящее время ограничено из-за использования высокотоксичного сероводорода. Другие методы анализа были разработаны с целью замены токсичных реагентов на более безопасные и состоят обычно из 5 или 6 групп катионов.

В реальной практике анализ выполняется на основе комплексного подхода: выбирают те реактивы, реагенты и схемы его проведения, которые позволяют достичь желаемого результата наиболее экономным путем.

Согласно сероводородной классификации, как видно из таблицы 2.1, все катионы разбиты на 5 аналитических групп, осаждение которых выполняется с помощью системы групповых реагентов в следующей последовательности:

Группа: V IV III II I

реагент: ® ® ® ® нет

рН: .

Определение начинают с выделения и отделения 5-й группы катионов, образующих нерастворимые в воде и кислотах хлориды. Затем в среде(рН= )проводят осаждение 4-й группы катионов в виде сульфидов, устойчивых как в кислой, так и в нейтральной среде. Для последующих с помощью аммиачного буфера изменяют кислотность среды на щелочную и последовательно выделяют в осадок 3-ю и 2-ю группы катионов в виде соответствующих сульфидов, гидроксидов и карбонатов.

Таким образом, врастворе после воздействия системы групповых реагентов остаются только катионы 1-й аналитической группы, которая не осаждается полностью ни одним из реагентов.

Дальнейшая идентификация катионов в группах основана на различие их растворимости, что позволяет разделить группы на подгруппы. Так в 4-й группе катионов выделяют подгруппу меди и подгруппу мышьяка; в 3-й группе – это подгруппы цинка и алюминия. Определение индивидуальных катионов внутри групп и подгрупп выполняют комбинацией дробного и систематического метода.

Таблица 2.1 – Сероводородная классификация катионов

Аналити-ческая группа	Катионы	Условия осаждения	Групповой реагент	Соединения, образующие осадок	Характеристика группы
первая	1) подгруппа аммония: , , . 2) подгруппа магния: и др.	-	нет	-	Сульфиды и карбонаты растворимы в воде, карбонат магния растворим в растворах солей аммония
вторая	, ,			, ,	Сульфиды растворимы, а карбонаты нерастворимы в воде
третья	1) подгруппа алюминия: , . 2) подгруппа цинка: , , , , , и др.	буфер		, , , , , , ,	Сульфиды (или гидроксиды) нерастворимы в воде и растворимы в разбавленных минеральных кислотах
четвёртая	1) подгруппа меди: , , , и др. 2) подгруппа мышьяка: , , , , , и др.		H2S	, , , , , , ,	Сульфиды нерастворимы в разбавленных кислотах, сульфиды подгруппы растворимы в с образованием аммиакатов, сульфиды подгруппы растворимы в полисуль-фидах с образованием тио-солей
пятая	, , , ,			, , ,	Хлориды и сульфиды нерастворимы в воде и разбавленных минеральных кислотах

Анализ и классификация анионов

Достаточно строгой аналитической классификации анионов не разработано. Нумерация групп анионов и применяемые реагенты в различных источниках сильно варьируют, как и количество выделяемых групп. Чаще всего их разделяют на три аналитические группы в зависимости от образования осадков с хлоридом бария и нитратом серебра (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Классификация анионов

Аналитическая группа	Анионы	Групповой реагент	Характеристика группы
	, , , , и др.		Соли бария и серебра нерастворимы в воде, соли серебра растворимы в кис-лотах
	, , , , и др.	в среде	Соли серебра нерастворимы в воде и разбавленных кислотах, соли бария растворимы в воде
	, ,	нет	Соли бария и серебра раст-воримы в воде

В предложенной классификации определение анионов, в отличии от катионов, начинают с 1-й группы, так как некоторые анионы ее способны реагировать с нитратом серебра, образуя неустойчивые осадки. Третья группа может анализироваться совместно как с 1-й, так и со 2-й группой. Анионы в меньшей степени мешают обнаружению друг друга, поэтому при их анализе чаще используют дробный метод, а к систематическому анализу прибегают только в более сложных случаях, например, при подозрении на присутствие трудно растворимых солей боратов или силикатов. Групповые реагенты используют в основном для предварительного обнаружения групп.

Классификацию анионов по окислительно-восстановительным свойствам также широко применяется для их открытия. Эти реакции полезны при совместном определении дробным способом сульфат- и сульфит-ионов; нитрат- и нитрит-ионов в смеси солей. В качестве таких примеров можно привести реакции анионов с перманганатом калия. Так и окисляются до элементарного хлора и брома соответственно, - до .

3 Приборы и реактивы

Штатив с пробирками, держатель пробирок, фильтровальная бумага, газовая горелка, универсальная индикаторная бумага.

Растворы солей, содержащие ионы: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , .

Жидкие реактивы: ( и ), , , , , , , , , , , , , , , , , ализарин (1,2-диоксиантрахинон), реактивы Неслера (смесь с ), Ильинского (1-нитрозо-2-нафтол), Чугаева (диметилглиоксим).

Порошкообразные реактивы: металлический (или ), .

4 Указания по технике безопасности

Смотрите на стр. 4 (лабораторная работа 1).

5 Методика и порядок выполнения работы

Используя пробирный анализ, выполнить определение катионов и анионов в растворах индивидуальных солей согласно методике (табл. 2.3, графы 2 и 3). При необходимости растворы осторожно подогреть на газовой горелке, не допуская выброса жидкости.

Запись данных опыта. Отчет оформить в виде приведенной ниже таблицы 2.3, в которой необходимо указать цвет исходных растворов (графа 1), наблюдаемые Вами аналитические признаки (графа 4). Уравнения соответствующих реакций записать в ионной и молекулярной формах, а окислительно-восстановительные реакции уровнять методом полуреакции также в графе 4.

Таблица 2.3 – Качественные реакции катионов и анионов

в растворах индивидуальных солей

Опреде-ляемый ион; цвет раствора	Условия проведения	Реагент	Аналитический признак, уравнение реакции
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ
	Внести 2-3 к. 2н раствора (среда) и 1-2 к. ализарина (реагент). Пробирку нагреть. После охлаждения внести несколько капель (до полного изменения окраски).	ализарин	Укажите цвет раствора до и после добавления
	Среда нейтральная
	Среда кислая: 1-2 капли
	Среда кислая: 4-5 капель	Реактив Ильинского
	Среда щелочная: 2-3 к.	Реактив Чугаева
	Среда нейтральная; пробирку нагреть
	среда нейтральная
РЕАКЦИИ АНИОНОВ
	реакция с групповым реагентом (малоселективная) выполняется в кислой (1 – 2 кап. ) или нейтральной среде		–
	–
	Среда нейтральная
	Среда нейтральная
(добавить в последнюю очередь)	Среда кислая: 4-5 капель
	Среда кислая: 2-3 капли	(кристаллический)

6 Содержание отчета и его форма (см стр. 8)

7 Вопросы для защиты работы

1. Приведите основные общепризнанные классификации катионов. Какие групповые реагенты в них используют?

2. Какой принцип положен в основе классификации катионов по группам и подгруппам?

3. На чем основана сероводородная классификация катионов? В чем ее достоинства и недостатки?

4. Охарактеризуйте аналитические группы. В какой последовательности проводится разделение катионов?

5. Какова характерная особенность катионов, входящих в 3-ю группу, в 1-ю и 2-ю группы? Объясните, почему и переводят в осадок групповым реагентом в виде гидроксидов? Напишите соответствующие уравнения реакций.

6. К зеленому раствору смеси катионов добавили и и нагрели. Какой катион присутствует в растворе, если его окраска стала желтой? Как изменилась степень окисления этого иона? Приведите уравнение реакции.

7. При добавлении к раствору кристаллического роданида калия или аммония появляется синяя окраска, неисчезающая при добавлении . Определите катион, присутствующий в растворе. Напишите уравнение реакции с .

8. Какой катион присутствует в растворе, если выпал осадок синего цвета при добавлении: а), б) ? Приведите тривиальные названия образовавшихся соединений.

9. Какие катионы можно открыть действием реагента ? В каких аналитических группах находятся эти ионы? Запишите уравнения протекающих реакций с указанием аналитических признаков.

10. При действии на раствор бихроматом калия ( ) выпадает желтый осадок. При добавлении к этому же раствору карбоната аммония образуется белый осадок, растворимый в кислотах. Какой катион присутствует в растворе? Напишите уравнение реакции.

11. Какой катион с солями роданидов дает кроваво красный раствор, который обесцвечивается при добавлении фосфат- или фторид-ионов? Напишите уравнение реакции этого иона с .

12. На каком принципе основано определение анионов? В какой последовательности определяются анионы традиционным способом?

13. Какой анион группы определяется по обесцвечиванию перманганата калия в кислой среде?

14. Какие свойства осадков анионов группы позволяют их идентифицировать? Напишите уравнения реакций этих анионов с групповыми реагентами и при их идентификации.

15. Катион какой группы можно использовать для открытия аналитической группы анионов?

16. Каким реактивом можно определить и отделить фосфат-ионы из раствора? Для чего еще можно использовать раствор, содержащий ?

17. При добавлении к сухой соли концентрированной выделяется бесцветный газ с резким запахом, который с раствором дает осадок белого цвета, растворимый в . Определите анион. Напишите уравнения реакций в ионной и молекулярной формах.

18. При добавлении к сухой соли раствора выделяется бесцветный газ, который, пройдя через известковую воду, вызывает ее помутнение или образование осадка белого цвета. Какой анион присутствует в растворе? Напишите уравнения реакций в ионной и молекулярной форме.

19. дает с раствором желтый, нерастворимый в гидроксиде аммония, осадок. С этим же раствором образует осадок интенсивно желтого цвета. Какой анион присутствует в растворе? Обладает ли этот ион окислительно-восстановительными свойствами? Ответ подтвердите уравнениями соответствующей реакции.

20. При добавлении нитрата серебра в растворе образуется осадок светло-желтого цвета, частично растворимый в . При действии на эту же соль в кислой среде выделяется тяжелый газ с характерным запахом. Какой анион находится в растворе? Напишите уравнения протекающих реакций.

21. При добавлении нитрата серебра к раствору образуется осадок белого цвета, растворимый в гидроксиде аммония. С катионами какой группы он может вступать в реакцию с образованием осадков? Приведите примеры. Какой анион находится в растворе? Напишите уравнения реакций в ионной и молекулярной формах.

22. Какие анионы способны обесцвечивать растворы перманганата калия и иода? Каков в данном случае тип реакций? Приведите уравнение одной из таких реакций в ионной и молекулярной формах?

23. Какие анионы можно определить по выделению газа? Приведите примеры таких реакций. Какими характерными признаками обладает выделившийся газ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3